“Tecnologías de Transporte”
Parte II
Prof. Dr. Ing. Gustavo Hirchoren
Material basado en “Data and
Computer Communications”,
Sixth Edition, William Stallings
Bibliografía
“Data and Computer
Communications”, Sixth Edition,
William Stallings. Upper Saddle
River, NJ: Prentice Hall, 2000.
“ISDN and Broadband ISDN, with
Frame Relay and ATM”, William
Stallings. Upper Saddle River, NJ:
Prentice Hall, 1999.
Bibliografía
“Voice Over IP”, Uyless Black. Upper
Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR,
2000.
B-ISDN
N-ISDN: opera en modo circuito. Utiliza TDM
sincrónico o determinístico
B-ISDN: inicialmente se pensó en extender el
funcionamiento de la N-ISDN incorporando
nuevos canales (H2: 30-45 Mbps y H4: 120-140
Mbps) pero esto fue rechazado
La transferencia síncrona versus la asíncrona
tiene las siguientes desventajas:
No es una interface flexible
Muchas aplicaciones son de naturaleza “bursty”
El uso de múltiples tasas de datos altas complica el
sistema de switching (N-ISDN sólo conmuta 64 kbps)
TDM sincrónico y TDM
asincrónico o estadístico
 B-ISDN: opera en modo paquete utilizando TDM
asincrónico o estadístico (ATDM)  surge el modo de
transferencia asíncrona (ATM)
Características de ATM
Utiliza paquetes de tamaño fijo y pequeño
(celdas)
Toma ventaja de la confiabilidad y alta velocidad
de las redes digitales modernas para proveer
conmutación rápida de celdas. No realiza control
de flujo ni control de error link por link
Es orientado a conexión
Arquitectura del protocolo
B-ISDN
Planos del modelo de
referencia
Plano de Usuario
Provee transferencia de información de usuario
Plano de Control
Provee el manejo de la señalización
Plano de Management
Layer management
Plane management
Canales virtuales y trayectos
virtuales
“Virtual channel connections (VCC)”
Análogas a circuitos virtuales en X.25 o conexiones
lógicas en Frame Relay
Se pueden establecer entre usuario-usuario,
usuario-red y red-red
En ATM se ha introducido un segundo sublayer:
“Virtual path connections” (VPC) que tienen las
siguientes ventajas:
Menor procesamiento y tiempo de establecimiento de
conexión
Arquitectura de red simplificada
Mejor performance de red y confiabilidad
Conexiones lógicas ATM
Celdas ATM
Tamaño fijo de 53 bytes
Header de 5 octetos
Campo de información de 48 octetos
Celdas pequeñas reducen retardo de cola para
celdas de alta prioridad
Celdas pequeñas pueden ser conmutadas más
eficientemente
Más simple implementar la conmutación de
celdas pequeñas en hardware
Formato de celda ATM
Formato de header
“Generic flow control”
Sólo en la interface usuario - red (UNI)
“Virtual path identifier”
“Virtual channel identifier”
“Payload type”
ej. distinguir info de usuario de gestión de red
“Cell loss priority”
“Header error control” (HEC): permite detectar y
corregir hasta un error en el header
Transmisión de celdas ATM
Interfaz física basada en celdas:
No se usa trama
Stream continuo de celdas de 53 octetos
Delineación de celdas basada sobre campo “header
error control”
25.6 Mbps
Interfaz física basada en SDH / SONET:
51.84 Mbps: STM-0 / STS-1
155.52 Mbps: STM-1
622.08Mbps: STM-4
Diagrama de estados para
delineación de celdas
Interfaz física basada en SDH
Impone estructura sobre stream ATM
Ej. a 155.52 Mbps usa trama STM-1 (STS-3)
Puede transportar payloads ATM y STM
Conexiones específicas pueden ser de
conmutación de circuitos usando un canal con
STM
STM-1 Payload para
transmisión de ATM sobre SDH
Gestión de tráfico en redes
ATM
Alta velocidad, tamaño pequeño de celda, bits
de overhead limitados
Métodos de control de tráfico y congestión están
todavía evolucionando
Requerimientos:
Mayoría del tráfico no permite control de flujo
La realimentación es lenta debido al reducido tiempo
de transmisión de celda comparado con el retardo de
propagación
Rango amplio de demanda de aplicaciones
Gestión de tráfico en redes
ATM
Aplicaciones pueden generar patrones de tráfico muy
diferentes
Aplicaciones diferentes requieren diferentes servicios
de la red (servicio sensible al retardo para voz y
video y servicio sensible a la pérdida para datos)
Muy alta velocidad de conmutación y transmisión
Efectos latencia/velocidad
ATM a 150Mbps  ~2.8x10-6 segundos para
insertar una celda
Tiempo para atravesar la red depende del
retardo de propagación y del retardo de
conmutación
Para simplicidad vamos a ignorar el retardo de
conmutación y considerar el retardo de
propagación como dos tercios de la velocidad de
la luz
Efectos latencia/velocidad
Si la fuente y destino están sobre las costas
opuestas de USA el “round-trip propagation
delay” es ~ 48 x 10-3 segundos
Hasta que la notificación de celda perdida
alcanza la fuente ésta transmitió 7.2x106 bits
Por lo tanto las técnicas de control de
congestión reactivas no son adecuadas para
ATM
Variación de retardo de celda
Voz y video sobre ATM se transmiten como un
flujo continuo de celdas
Retardo a través de la red debe ser pequeño y
no variable
Para CBR (“ constant bit rate”) la tasa de
entrega de celdas debe ser constante
Hay siempre alguna variación en el retardo de
tránsito
Se retrasa la entrega de celdas a la aplicación
en el destino para lograr una tasa de entrega
constante
Reensamble temporal de
celdas CBR
Contribución de la red a la
variación de retardo de celda
Redes de Packet switching
Retardos de cola y tiempo de decisión de ruteo
Redes Frame relay
Efectos de la red pero en menor medida
Redes ATM
Efectos menores que en Frame Relay
Protocolo ATM fue diseñado para minimizar el
overhead de procesamiento en los conmutadores
Conmutadores ATM tienen muy alto “throughput”
Unico factor que conduce a variación de retardo de
celda es la congestión  carga total aceptada por la
red no debe causar congestión
Variación de retardo de celda
en la UNI
Aún si una aplicación genera datos a una tasa
constante
Debido al procesamiento que ocurre en las tres
capas del modelo ATM
Entrelazado de celdas de diferentes conexiones
Entrelazado de celdas de OAM
Si las celdas se transmiten usando SDH el overhead
de la trama se inserta en la capa física retrasando los
bits de la capa ATM
Ninguno de esos retardos se puede predecir agregando un
elemento aleatorio en el intervalo de tiempo entre la
recepción de los datos en la capa ATM y la transmisión de
esos datos en una celda en la UNI
Orígenes de variación de
retardo de celda (I.371)
Control de tráfico y de
congestión
Control de tráfico y de congestión de la capa
ATM debe soportar un conjunto de clases de
QoS suficiente para todos los servicios de red
No debe confiar en protocolos AAL que son
específicos de la red ni en protocolos de capas
más altas que son específicas a la aplicación
Debe minimizar la complejidad de la red y de los
terminales y maximizar la utilización de la red
Tiempos de respuesta
considerados
Tiempo de inserción de celda
“Round trip propagation time”
Duración de conexión
Largo término
La estrategia de control de tráfico se basa en:
Determinar si una dada nueva conexión ATM se
puede acomodar
Coincidir con el usuario sobre los parámetros de
performance que serán soportados
Gestión de tráfico y técnicas de
control de congestión
Gestión de recursos usando trayectos virtuales
Control de admisión de conexión (CAC)
Control de parámetros de uso (UPC)
Descarte selectivo de celdas
“Traffic shaping”
Gestión de recursos usando
trayectos virtuales
Separar los flujos de tráfico de acuerdo a las
características del servicio
Aplicación usuario-usuario
Aplicación usuario-red
Aplicación red-red
Trata con:
“Cell loss ratio” (CLR)
“Cell transfer delay” (CTD)
“Cell delay variation” (CDV)
Configuración de
VCCs y VPCs
Alocando VCCs dentro de VPC
Todos los VCCs dentro del VPC deben
experimentar una performance de red similar
Opciones para alocación:
Sumar las demandas pico
Utilizar multiplexado estadístico
Control de admisión de
conexión (CAC)
Primera medida de defensa
Usuario especifica características del tráfico para
una nueva conexión (VCC o VPC) y solicita una
QoS
Red acepta la conexión si y sólo si estima que
puede satisfacerla manteniendo la QoS de las
conexiones ya establecidas
Contrato de tráfico
“Peak cell rate” (PCR)
“Cell delay variation” (CDV)
“Sustainable cell rate” (SCR)
“Burst tolerance”
Control de parámetros de uso
(UPC)
Monitorear conexiones para asegurar que el
tráfico esté conforme al contrato
Protege los recursos de red de una sobrecarga
sobre una conexión
Se puede realizar tanto a nivel de VPC como de
VCC
Controla PCR y CDV
Controla SCR y “Burst tolerance”
Descarta o marca celdas que no cumplen el
contrato de tráfico
Conformación del tráfico
(“Traffic Shaping”)
Suaviza un flujo de tráfico y reduce las ráfagas
de celdas
Algoritmo “Token Bucket”
Algoritmo “Token Bucket”
Categorías de servicios ATM
Real-time: requiere retardo y jitter de retardo
pequeños
“Constant bit rate” (CBR) Ej.: emulación de circuitos
“Real time variable bit rate” (rt-VBR) Ej.: voz o video
comprimido
Non-real time
“Non-real time variable bit rate” (nrt-VBR)
“Available bit rate” (ABR)
“Unspecified bit rate” (UBR)
nrt-VBR
Para aplicaciones en las que sea posible
caracterizar el flujo de tráfico esperado
Entonces la red puede proveer QoS en cuanto a
pérdida y retardo
Los sistemas terminales especifican:
Peak cell rate
Sustainable or average rate
Burstiness
Para aplicaciones que tienen requerimientos
críticos de tiempo de respuesta, ej. reservas de
aerolíneas, transacciones bancarias, etc.
UBR
En cualquier instante de tiempo puede haber
una cierta capacidad disponible en la red ATM
debido a que:
No se dedican todos los recursos de la red a tráfico
CBR y VBR
El tráfico VBR presenta naturaleza “bursty”
Este servicio es adecuado para aplicaciones que
pueden tolerar retardos variables y celdas
perdidas
Ej. tráfico basado en TCP
Se provee “best-effort service”
ABR
Las aplicaciones especifican “peak cell rate”
(PCR) y “minimum cell rate” (MCR)
La red maneja los recursos de manera tal que
todas las aplicaciones ABR reciben por lo menos
su MCR
Cualquier capacidad adicional disponible se
comparte entre todas las fuentes ABR
La red envía una realimentación explícita a las
fuentes
Ej.: interconexión de LAN’s
Servicios ATM
Gestión de tráfico ATM-ABR
Algunas aplicaciones (tráfico Web, transferencia
de archivos, etc) no tienen características de
tráfico bien definidas
Una posibilidad es usar la técnica “best effort”
Permite compartir la capacidad no usada en una
forma no controlada.
Si ocurre congestión se descartan celdas causando
retransmisiones
Es el modo de operación usado en el servicio UBR
La desventaja es su ineficiencia
En cambio ABR utiliza un control a lazo cerrado
Gestión de tráfico ATM-ABR
Conexiones ABR comparten la capacidad
disponible
La tasa de celdas/seg de cada conexión varía
entre su “minimum cell rate” (MCR) y su “peak
cell rate” (PCR)
La red provee realimentación a las fuentes ABR
tal que un flujo ABR está limitado a la capacidad
disponible
Buffers absorben el tráfico generado durante el
retardo de realimentación
Se garantiza una baja “cell loss ratio” (CLR). Es
la mayor diferencia entre ABR y UBR
Mecanismos de realimentación
Tasas de transmisión:
“Allowed cell rate” (ACR)
“Minimum cell rate” (MCR)
“Peak cell rate” (PCR)
“Initial cell rate” (ICR)
Comienza con ACR=ICR
Se ajusta ACR en base a la realimentación de la
red
Celdas de gestión de recursos (celdas RM) contienen:
“Congestion indication bit” (CI)
“No increase bit” (NI)
“Explicit cell rate” (ER)
Variaciones en “Allowed Cell
Rate” (ACR)
Flujo de celdas de datos y RM
sobre una conexión ABR
Mecanismos de un switch ATM
para proveer control de tasa
Marcar EFCI (“explicit forward congestion
indication”)
En una celda “Forward RM” usando el campo PT del
header de celda ATM
Provoca que el destino active el bit CI en una celda
“Backward RM”
Marcar tasa relativa
Marcar directamente el bit CI o el bit NI de una celda
RM
También un switch puede generar directamente una
celda BRM con el bit CI o el bit NI activado
Mecanismos de un switch ATM
para proveer control de tasa
Marcar tasa explícita
El switch puede reducir el valor del campo ER de una
celda FRM o BRM
El destino, si está experimentando congestión,
puede también setear el bit CI o el bit NI o
reducir el valor del campo ER
“ATM Adaptation Layer”
Permite el soporte de protocolos de
transferencia de información no basados en ATM
Servicios de la capa de adaptación
Segmentación y re-ensamble
Temporización
Manejar errores de transmisión
Manejar celdas perdidas y mal insertadas
Control de flujo
Protocolos AAL
“Convergence sublayer” (CS)
Soporte para aplicaciones específicas
“Segmentation and re-assembly sublayer” (SAR)
Empaqueta y desempaqueta información recibida del
CS en celdas
Cuatro tipos
AAL Tipo 1: CBR
AAL Tipo 2: rt-VBR
AAL Tipo 3/4: nrt-VBR
AAL Tipo 5: nrt-VBR
Protocolos AAL
AAL Tipo 1
 SN: número de secuencia de 3 bits. Primer bit: bit CSI
(indicador del sublayer de convergencia), lleva la SRTS
(etiqueta de tiempo residual síncrona) en las celdas con
SN impar
 SNP: protección de número de secuencia
 AAL1 - Modo de transferencia de datos no estructurado:
AAL Tipo 1
 AAL1 - Modo de transferencia de datos estructurado:
Por ej. para transmisión de tramas de 2 Mbps, 34 Mbps, 140
Mbps
En las celdas con SN par se roba un byte a los datos para
utilizar como puntero al byte de comienzo de los datos
estructurados. Lleva un valor entre 0 y 93 (este último indica
que no hay comienzo de bloque en esos 93 bytes)
AAL Tipo 2
El objetivo es proveer un mecanismo para
enviar paquetes pequeños (tales como los de
voz) sobre una red ATM para tener:
Bajo retardo
No enviar celdas parcialmente llenas
AAL 2 soporta el multiplexado de múltiples
conexiones en una celda
Los paquetes multiplexados pueden ser de
longitud variable, útil para acomodar
codificadores de tasa de bit variable
AAL Tipo 2
AAL Tipo 2
Los campos en los 48 bytes se agrupan en: start
field, CPS-packet header, payload y PAD
CPS-packet header
CID: identifica al usuario del canal. El valor 0 no está
permitido porque octetos con todos ceros se reserva
para el padding. Los valores de 1 a 7 están
reservados para gestión
LI: es uno menos que el número de octetos en el
payload del paquete
UUI: envía información transparentemente
HEC: permite detectar errores en el CPS-packet
header
AAL Tipo 2
Start Field
OSF (0-47): indica el offset medido en número de
bytes entre el fin del start field y el primer comienzo
de un header de paquete, o en su ausencia al
comienzo del campo PAD, o el valor 47 indica que no
hay límite de comienzo
SN: bit usado para numerar en módulo 2 las celdas
P: bit usado por el receptor para detectar errores en
el start field
PAD: relleno con todos ceros, si fuera necesario
Nota: puede haber varios paquetes en una celda
VoATM usando AAL 2
VoATM usando AAL 2
Consideremos un gateway de voz sobre ATM
(VoATM) que utiliza el codificador G.729A con
tramas de 10 bytes que son encapsuladas con
un header de RTP de 4 bytes
ATM-SDU contendrá el campo start field y luego
se carga con paquetes de 17 bytes que
pertenecen a distintas comunicaciones, hasta
completar los 48 bytes
Un paquete puede estar distribuido a lo largo de
varias celdas
Es posible multiplexar también voz y datos
AAL Tipo 3/4
AAL Tipo 3/4 - Overhead en CS
CPI: indicador de parte común (todos ceros)
Btag, Etag: etiquetas de comienzo y fin, son
iguales entre sí, y el valor se va incrementando
en uno
BASize: tamaño de alocación de buffer
En “Message mode”: igual al campo Length
En “Stream mode”: mayor o igual al campo Length
PAD: relleno (0-3 bytes) para lograr múltiplo de
4 bytes
AL: alineamiento (todos ceros)
Length: longitud del campo de información
AAL Tipo 3/4 - Overhead en
SAR
ST: tipo de segmento (BOM, COM, EOM, SSM)
SN: número de secuencia módulo 16
MID: identificación de multiplexado, identifica la
CPCS PDU
LI: indicador de longitud de datos en el payload
(en caso de ser menor a 44 bytes el resto se
rellena)
CRC: CRC-10 calculado sobre la entera SAR PDU
para detección de error
AAL Tipo 5
AAL Tipo 5 - Overhead en CS
PAD: relleno (0-47 bytes) para lograr múltiplo
de 48 bytes
UU: user-user, para enviar información
CPI: indicador de parte común, reservado para
uso futuro
Length: número de bytes en el campo de datos
CRC-32: calculado sobre la entera CPCS PDU
para detección de error
AAL Tipo 5
El sublayer SAR no agrega overhead
AAL 5 es conocido como “SEAL” (“simple
efficient adaptation layer”)
Es el protocolo de la capa de adaptación más
usado para datos (IP sobre ATM, Frame Relay
sobre ATM, etc)
Ejemplo de Transmisión AAL 5
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Redes de Banda Ancha” Parte II